应用型本科土木工程CAD教学改革与实践

曾建仙，赵冬香

（福建工程学院土木工程学院，福建 福州 350108）

随着国内外有很多新开发的绘图软件不断的涌现，如：建筑草图设计类（SketchUp草图设计大师）、建筑表现类(Autodesk 3ds Max)、建筑信息化 BIM 模型类(Revit Building、Revit Structure、Revit Architecture)、规划设计类(CityMaker)等[1]，土木工程专业的计算机辅助设计(CAD)课程的教学也迎来了新的挑战；同时，由于近些年来的应用型本科培养计划的改革在不断地压缩课时；因此在应用型本科的教学上（特别是专业基础技能课程）需要做必要的改革，以适应培养新时期的应用型人才的要求。通过总结长期从事结构设计和土木工程类专业的CAD教学工作的经验，在原任务驱动法的教学方法的基础上[2]，不断完善教学内容，改进教学方法，以期望寻找合适有效的教学设计及实施方法。

1 课程教学现状

应用型土木工程专业主要特征是以服务行业或地区经济社会发展为宗旨，以技术学科为支撑，以培养一线应用型人才为目标，培养面向行业，有可持续性发展的工程师[3]。 对于有着技能型课程特点的土木工程CAD课程，是应用型本科特点的突出表现之一，也是应用型土木类本科培养方案中必不可少的专业基础课，它的课程体系关系见表1。

表1 土木工程CAD课程体系

CAD作为土木建筑及其相关专业的一门必修课已经开设了十多年，是土木工程制图重要的组成部分，也是开展土木工程专业课学习的基础性课程，不少土木工程专业的设计和科研软件都设计了与CAD对接的专用接口，如PKPM、TBSA、3D3S、MIDAS、ANSYS、ABAQUS等。作为一门注重实践的技能课程，应系统熟练地掌握 CAD 操作方面的基本技能，培养解决工程设计和工程施工的实际应用能力，同时也是为进一步学习专业设计和科研软件或开发专业应用软件打下良好的基础。然而，土木工程CAD的课程教学在进行了一系列的改革后，取得一定的成果的同时也存在一些普遍的问题，具体主要表现有以下几个方面：

（1）在课时设置上，土木工程CAD课程改革的趋势揭示了课时减少与应用能力教学内容不断增加的矛盾的事实，给教学带来了极大的挑战。

（2）在教学方法上，任务驱动式教学方法为大家所接受[1]，但所设置的教学实例往往仅为了学习软件而设置的，即目标任务的学习暂缺乏系统性。

（3）在授课内容上，在学时甚少的情况下，软件操作命令的系统性与实用性的矛盾难以解决。

（4）在学生的学习方式上，学生疲于记忆命令操作，影响学习的动力。

（5）在学生的能力表现方面，部分学生因为制图基础训练不足，CAD作图的平面或空间的思维能力有限，影响创新能力与实践能力[4]。

（6）从毕业设计和课程设计的制图效果看，制图不规范、设计深度不够等现象普遍存在。

（7）在学习技能的连贯性上，不少学生反应在毕业设计时的CAD技能需要重新复习，连续性欠佳，影响毕业设计的乐趣。

（8）从毕业生就业的回访调查中得知，不少学生反映应该加强CAD的技能训练，以适应工作岗位的实际需求。

基于此，对2009、2010、2011级的教学进行以下的改革尝试，对缓解教学改革带来课时压缩与授课内容增加的矛盾、改善学习方法、提高毕业设计质量、培养工程素养起到积极的作用。

2 改革内容的设计

对于应用型的土木工程专业的学生，除了要求能够绘制结构施工图以外，还要求能够绘制相应的建筑施工图，并熟悉整套施工图的内容。在教学内容设计上，应考虑画法几何与工程制图、CAD和图学综合实训的工程实例的系统连续性，如将《工程制图》课程布置的铅笔图大作业的内容设计与本教学设计一致或连续。为此，可设计一实例工程的整套作品为整体目标，即“系统作品树”；以分专业施工图为主干，以各种图样为分支，以大样图为枝叶，以此类推，设计成整个系统作品；并以此分类拆解分图样，注重设置图样内容的在系统作品中的关键点和它们之间的联系，设计教学内容。设计过程和步骤分述如下：

（1）介绍某实例工程概况（如展示该工程的照片或效果图），分别展示建筑施工图部分和结构施工图部分整套图纸，详细介绍这两部分施工图的内容；同时可介绍必要的设计过程和相关的软件及接口（特别是结构软件）。

（2）选择绘制代表图样作为作品关键点，如建筑施工图的“一层平面图”，结构施工图的结构平面布置图和“节点大样图”，讲解图样内容和成图过程；并以此拆分成各个训练图样实例，如图1所示。另外，选择图样时应注重训练内容的分配比例，根据多次的教学调整，拟训练的图样的较合理的分配比例，如图2所示，并按难易程度精选成习题集。

图1 训练图样实例

图2 训练样图分配比例图

（3）根据相应的课程大纲和授课计划，各操作模块课时比例分配如图3所示。课时安排上不宜少于24学时，且课授不宜过于集中。

（4）分课时系统讲解操作的内容，同时注意介绍操作的系统性，如：归类介绍同类操作。以点带面地介绍一组命令操作，这对软件操作命令的系统性与应用性的矛盾的缓解起到一定的作用。

从实施的效果上看，以系统的工程实例作品为背景，并直接以拆分的局部图样代替原教学设计的实例，不但可以积累相应的工程实训的经验，而且可以更直接有效地推广常用操作方法及其应用环境，较受学生的欢迎。

图3 各操作模块课时的分配图

3 教学实施方法

应用型本科的实践技能课程的实施过程应该更注重教学环境的改革，现有的教学设施环境允许教师一对一的专门辅导，也可以通过视频广播操作演示教学内容。以“系统作品树”为依托的教授方法，其具体实施步骤：①初级演示；②模仿训练；③试验辅导；④技巧实现；⑤综合讲解；⑥问题提炼。从初级演示到实验辅导的环节中，应注重系统的学习操作的具体环节，让学生得到严格和系统的操作训练，教师在问题提炼的环节中应了解学生的学习状况和操作能力，及时在综合讲解中改进教学方法，调整教学进度，使教学工作真正做到有的放矢，提高课程的教学效果。最后的技巧实现环节是命令的对比和实用规范操作综合部分，该部分不但实用，而且能够引导学生灵活应用命令，积累相应的工程经验。具体的教学实施的过程应该注意以下内容：

（1）选择较新的合适的软件版本来演示，并与教材同步[5]，与时俱进；学生能够在学习的过程中目标明确，有的放矢，减少由于版本问题带来不必要的麻烦。

（2）取消多媒体教室授课模式，利用现有的教学设施，直接在机房面授、指导。

（3）应同时注重CAD技能的掌握知识面上的广度和熟练点上的速度[6]。虽然通过结合实例给训练操作带来很大的方便，但毕竟操作命令繁多，影响学习的动力。以不超过20个常用命令为界限，通过不同的实例重复操作，达到熟练的程度，不但可以大大提高绘图速度，而且还可以以点带面的掌握CAD操作技能。

（4）采用不同的操作实现同一目标，可以增强记忆，同时技巧的实现和趣味性实例的实现也可以改善学习氛围。

（5）通过设计正确的考核方式，巩固已有的技能和专业素养；考核内容包括（各50%）：短时快速（如1.5小时）完成的典型施工图和长时完整（如4周）绘制作品树。前者用于敦促形成良好的绘图习惯，后者用于掌握系统作品树，建立知识构架。

（6）构建学习共同体[7]，鼓励学生参加CAD协会、组织竞赛，参加国家CAD等级考试等。

值得一提的是，在先修的课程（画法几何与工程制图）中掌握制图规范和培养解决工程实际放样的能力的同时，可以充分利用现有的教学设备，采用CAD软件进行演示，如部分习题以CAD操作示范做讲解，对学习CAD的技能起到铺垫作用。

总之，以“系统作品树”为目标的教学实施方法可以缓解课时压缩与授课内容增加的矛盾,明确软件操作命令的系统性与实用性矛盾的主次关系，理清教学实例与专业知识系统的关系，减少学习负担，增加学习乐趣，增强图形思维能力，有助于积累相应的工程经验和素养，更适合应用型人才的培养。

4 结论

以培养应用型本科土木工程专业学生的工程应用能力和创新实践能力为目标；通过分析当前课程教与学的现状，设计出以“系统作品树”为依托的教学方法及实施方法；从宏观上引导学生绘制关键枝节的内容，从而把握作品树的总体脉络。在成就感的驱动下，不断地给作品添加枝叶，可大大提高学生学习的积极性和方向性，有助于创新能力的培养。同时由于树作品的内部联系，学生可以根据实例内容巩固已经学习的操作和技巧，甚至融会贯通，培养自我发展的能力；作为土木工程专业的学生，也可以以此构建相应的专业知识构架，以构图的形式理解专业知识。

从2009、2010、2011级的300多名学生的综合评价中发现，学生更有信心融入自己作品中，更懂得珍惜自己的成果，其平均优秀率较2008级提高约5%。良好率提高约7%。

另外，应用型本科应同步关注行业发展动向，BIM技术（信息化模型技术）是当前建筑行业的研究热点，如何开设课程，并与行业规范同步是进一步尝试的方向。

[1]魏 屏, 李金伟.基于目标分解法解析“土木工程制图”的研究[J].工程图学学报, 2010, 31(5): 132-137.

[2]魏 旭,王景阳, 谢建荣.建筑CAD课程教学改革思考[J].实验室研究与探索, 2011, 30(7): 318-320.

[3]曹建树, 王殿君, 代峰燕.应用型本科“CAD/CAM”课程的教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2010, 29(5): 105-107.

[4]吴启凤.制图课程培养学生创新设计与实践能力的措施[J].图学学报, 2012, 33(3): 110-116.

[5]陈润民.计算机辅助绘图基础(第4版)[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[6]张同伟.土木工程CAD[M].北京: 机械工业出版社2011.

[7]邝 明, 李雪梅, 高 悦.“土木工程制图”研究性教学方案及实践[J].工程图学学报, 2011, 32(5): 61-64.